sexta-feira, 1 de fevereiro de 2019

efeitos Graceli de piezoeletricidade

A piezoeletricidade tem também efeitos proporcionais sobre magnetismo, condutividade térmica e elétrica, dilatações, interações interna e transformações de estruturas, difrações e refrações, emissões e absorções de partículas e energias, momentum térmico, elétrico, dinãmico, magnético, e outros fenômenos. ondas e saltos quântico, estado quântico de partículas, momentum quântico.






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 = entropia reversível
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decadimensional
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Piezoeletricidade é a capacidade de alguns cristais gerarem tensão elétrica por resposta a uma pressão mecânica. O termo piezoeletricidade provém do grego piezein, que significa apertar/pressionar. Referente à geração de corrente elétrica, juntou-se a designação eletricidade, de modo que piezoeletricidade é interpretado como a produção de energia elétrica devido à compressão sobre determinados materiais.

    Mecanismo

    Um disco piezoelétrico gera uma diferença de potencial quando deformado.
    O efeito piezoelétrico é entendido como a interação eletromecânica linear entre a força mecânica e o estado elétrico (forças de Coulomb) em materiais cristalinos (cerâmicospolímeros).
    O efeito piezoelétrico é um processo reversível em que os materiais exibem o efeito piezoelétrico direto (a geração interna de carga elétrica resultante de uma força mecânica aplicada), mas também exibem o efeito piezoelétrico reverso (a geração interna de uma tensão mecânica resultante de um campo elétrico aplicado). Por exemplo, os cristais de titanato zirconato de chumbo irão gerar piezoeletricidade mensurável quando a sua estrutura estática é deformada por cerca de 0,1% da dimensão inicial. Por outro lado, esses mesmos cristais mudam cerca de 0,1% da sua dimensão estática quando um campo elétrico externo é aplicado ao material. Como exemplo, o efeito piezoelétrico inverso é usado na produção de ondas de ultrassom.[1]

    Cristais[editar | editar código-fonte]

    Utilizando argumentos referentes à simetria, o efeito piezoelétrico não existe em materiais que apresentam simetria central, e desta forma, podem ser polarizados, ou seja, a piezoeletricidade pode ser explicada pela assimetria de polarização iônica. Porém, elementos puros, tais como selênio (Se) e telúrio (Te) também exibem a propriedade de piezoeletricidade. Nestes casos, a polarização elétrica induzida é atribuída à distribuição eletrônica, que é alterada pela ação externa.
    Considerando as trinta e duas classes de cristais catalogadas, 21 não são centrossimétricas (não possuem centro de simetria); vinte destes exibem piezoeletricidade direta; dez destes representam as classes de cristal polares, que mostram uma polarização espontânea, sem estresse mecânico devido a um momento de dipolo elétrico permanente. Se o momento de dipolo puder ser revertido por meio da aplicação de um campo elétrico externo, então o material é considerado ferroelétrico.
    Para cristais polares, para os quais o momento de dipolo P diferente de zero se mantém sem se aplicar uma carga mecânica, o efeito piezoelétrico manifesta-se alterando a magnitude ou a direção do vetor momento de dipolo ou ambos. Para os cristais não-polares, mas piezoelétricos, a polarização diferente de zero é apenas induzida pela aplicação de uma carga mecânica. Para eles, a tensão pode ser imaginada para transformar o material a partir de uma classe de cristal não polar (P = 0) para uma polar, para a qual P ≠ 0.
    A maioria dos cristais não possui propriedades piezoelétricas. O mais importante cristal natural que possui esta propriedade é o quartzo. Além deste, pela facilidade de sintetização, os cristais utilizados são cerâmicas à base de, por exemplo, titanato de bário ou zirconato de chumbo.[2]

    Descrição matemática[editar | editar código-fonte]

    A piezoelectricidade é uma combinação de efeitos do comportamento elétrico do material:[3]
    Nessa equação, D é o deslocamento elétricoε é a permissividade elétricaE representa o campo elétrico, 'e' representa a constante de stress e S é a tensão longitudinalaplicada.
    Quando a aplicação de uma força F, o centro de equilíbrio das cargas positivas e negativas é deslocado, causando a polarização do material, e o consequente deslocamento de corrente.
    Similarmente, considerações para o caso quando um campo elétrico E é aplicado mostram que um termo referente a stress adicional, -eE, aparece. Tem-se então a Lei de Hooke, T = cS:
    Se as cargas de moléculas positivas e negativas possuem magnitudes diferentes, há uma polarização espontânea. Se uma molécula possui um momento de dipolo, este material exibe uma polarização iônica. Já no caso onde há somente um tipo de elemento, mas este é polarizável, temos o efeito de polarização eletrônica.
    A piezoeletricidade apresenta relação entre propriedades elétricas (E, D) e mecânicas (S, T). O modelo de um sólido piezoelétrico apresenta quatro diferentes relações entre variáveis. Assumimos que  e . Assim, temos
    onde todos os outros efeitos, tais como magnéticos e térmicos, assim como termos não-lineares, são ignorados.
    Considerando o caso onde ao campo elétrico é aplicado sobre o material piezoelétrico (ao se colocar um material piezoelétrico num campo elétrico externo, as cargas elétricas da rede cristalina interagem com o mesmo e produzem tensões mecânicas), os segundos termos das equações acima enunciam o stress ou a tensão elétrica no material. Se o material não está confinado mecanicamente, a tensão será uma força de reação a força imposta pelo stress. Desta forma, a tensão altera a relação D e E, e assim a medição das propriedades elétricas dependentes das propriedades mecânicas. Do mesmo modo, uma tensão elétrica alterará a medição de propriedades mecânicas dependentes das propriedades elétricas. Em ambos os casos, isso demonstra a essência do acoplamento piezoelétrico. Para uma análise mais detalhada, deve-se comparar diferentes materiais piezoelétricos para identificar sua performance. Fatores como a eficiência do acoplamento a vibrações mecânicas, vibrações com campos elétricos externos, direção de aplicação do campo elétrico externo e demais, são resultados a serem considerados.
    Num material piezoelétrico também interessam os seguintes coeficientes:
    • Coeficiente de acoplamento eletro-mecânico:
     é definido como a variação de energia mecânica convertida em carga pela energia mecânica aplicada ao cristal, ou de modo similar, a energia elétrica convertida em energia mecânica pela energia elétrica aplicada ao cristal.
    • Coeficiente Dielétrica: esta grandeza relaciona a quantidade de carga que uma das faces do cristal pode armazenar em relação à carga total armazenada, e que pode ser dissipada como corrente real. Existem duas constantes dielétricas: uma é a constante para o cristal livre e outra para o cristal bloqueado:

    Aplicações[editar | editar código-fonte]

    Cerâmicas piezoelétricas são utilizadas para converter sinais elétricos em ondas sonoras
    O fenômeno piezoelétrico é encontrado em aplicações úteis, como a produção e detecção de som, a geração de tensões elevadas, geração de frequências eletrônicas, microbalanças e concentração ultrafina de conjuntos ópticos. É também a base de uma série de técnicas científicas instrumentais com resolução atômica (microscopia de varredura de sonda), e os usos cotidianos, como atuando como fonte de ignição para isqueiros de faísca elétrica, microfones, e as famosas "pílulas" ou cápsulas de guitarra (embora sejam utilizadas em guitarras acústicas, baixos, violoncelos e outros), que representam uma espécie de microfone. O projeto mais arrojado; porém, refere-se à utilização do materiais piezoelétricos em ruas e estradas, onde a pressão causada pela movimentação dos carros podem ser usados para gerar eletricidade de forma barata.
    As transformações que ocorrem em cada material:
    Exemplos de transformações mecânico-elétrica
    Exemplos de transformações elétrico-mecânicas

    Sensores piezoelétricos[editar | editar código-fonte]

    Piezoelétricos são utilizados como captadores de som
    Os sensores piezoelétricos mensuram determinados parâmetros físicos, que estão na forma de tensão mecânica ou variações de cargas elétricas. Estes são utilizados para se medir pressão cardíaca e registrar os batimentos cardíacos, emitir ou recepcionar ultrassons a fim de visualizar órgãos humanos através da conversão da energia proveniente das ondas emitidas pelo funcionamento dos órgãos que faz vibrar uma lâmina de material piezoelétrico. Resumidamente, quando se aplica tensão mecânica, há o aparecimento de um potencial elétrico; quando a tensão aplicada for de natureza elétrica, temos uma deformação física.
    O princípio de funcionamento de um sensor piezoelétrico reside no fato de que dada dimensão física, pela ação de uma força, é deformada. Dependendo da concepção de um sensor, "modos" diferentes de polarização sobre o elemento piezoelétrico podem ser usados (eles podem ser comprimidos transversalmente, longitudinalmente, ou pela ação de cisalhamento).
    A detecção de variações de pressão sob a forma de ondas sonoras é a aplicação mais comum do sensor. Por exemplo, Microfonepiezoelétricos, onde ondas sonoras batem no material piezoelétrico, criando uma tensão que varia. Captadores piezoelétricos funcionam pelo mesmo princípio em guitarras electro-acústicas.
    Sensores piezoelétricos mais acurados são utilizados com som de alta freqüência (acima de 20000 Hz) em transdutores de ultrassom para imagens médicas. Cada transdutor possui uma freqüência de ressonância natural, tal que quanto menor a espessura do cristal que o compõem, maior será a sua frequência de vibração e melhor será o sinal que este gerará ou será capaz de emitir.
    Para várias técnicas de detecção, o sensor pode atuar tanto como um sensor ou então como captador, sendo então preferencialmente chamado transdutor (termo preferido para descrever quando o dispositivo funciona com ambas aplicações). A maioria dos dispositivos piezoelétricos têm esta propriedade de reversibilidade, sendo que desta forma, materiais piezoelétricos são indiscriminadamente chamadas transdutores. Transdutores de ultrassom, por exemplo, pode projetam ondas de ultrassom no corpo humano, recebem a reverberação desta onda, com frequência diferente da emitida, convertendo-a em sinal elétrico (tensão).
    A carga induzida  num material piezo é proporcional a força  aplicada.
    onde  é uma constante piezoelétrica, com unidade Coulomb por Newton.
    Os materiais piezoelétricos possuem resistência muito elevada, mas não infinita. Se uma deflexão for aplicada sobre o material, uma corrente infinitesimal seguirá por um circuito, preservando o sinal elétrico gerado pelo piezoelétrico, sendo que a voltagem gerada pode ser mensurada ou ativar outro sensor piezoelétrico deste circuito. Deve-se ressaltar que o sinal decai exponencialmente pela resistência do material piezo somado a resistência externa do circuito.[4]

    Padrão de frequência[editar | editar código-fonte]

    Materiais piezoelétricos são empregados em relógios como osciladores. Um cristal de quartzo, que utiliza uma combinação dos efeitos de piezoeletricidade direta e inversa para gerar uma série regular de impulsos elétricos cronometrado, que marcam o tempo. O cristal de quartzo (como qualquer material elástico) tem uma frequência natural definida com precisão (devido a sua forma e tamanho), e este é utilizado para estabilizar a frequência de uma tensão elétrica periódica aplicada ao cristal.
    O mesmo princípio é aplicado em todos os transmissores e receptores de rádio, e em computadores onde ele cria um pulso de clock. Ambos costumam usar multiplicadores de frequência para atingir faixas gigahertz.

    Sonar[editar | editar código-fonte]

    Pelos estudos de Leonardo DaVinci no século XV, temos uma descrição simplista, porém clara, da ação de um sonar:
    "Se você estiver no meio do oceano, e parar seu navio, posicionando um longo tubo em direção ao fundo do mar e colocando a outra extremidade próxima de seu ouvido, você ouvirá navios a grande distância de você."
    Qualquer outra descrição difere somente em detalhes.
    O estudo da natureza das ondas sonoras na água e o modo como elas se propagam permitiu com que se construíssem sistemas acústicos para observação e mapeamento de solos embaixo d'água. Sensores capazes de identificar a energia de ondas acústicas embaixo d'água são chamados Hidrofone, feitos a partir de materiais piezoelétricos.
    Os sonares funcionam pela propagação de ondas acústicas (criadas através de sinais digitais eletrônicos) sendo que ele também recebe a volta o sinal acústico que emitiu. Construído com materiais piezoelétricos, este utiliza da energia das ondas para fazer vibrar (sonar) uma película fina que converte a energia proveniente das ondas reverberadas novamente em pulsos elétricos, mas agora com outras intensidades, que são então decodificados em um computador, tratadas, e gerar imagens de regiões abaixo d'água.
    O método acústico na fabricação de sonares, o qual não envolve transformações eletroacústicas, representa o método mais rudimentar (baseado na descrição de DaVinci), sendo que este foi amplamente utilizado durante a Primeira Guerra Mundial. Virtualmente, todos os sistemas de sonares, os quais a energia é restrita a forma acústica são utilizados ainda para localizar um alvo quando este é uma fonte primária de som. Neste caso, capta-se apenas a energia proveniente da propagação destas ondas, para então transformá-las em sinas elétricos (através de materiais piezoelétricos) a serem interpretados.
    Sonares eletroacústicos são muito mais utilizados, com uma gama maior de aplicações. Porém, para operar, o sonar eletroacústico deve estar parado, muito próximo do local a ser mapeado. Além disso, para ser interpretado, o som deve estar na faixa audível; quando a energia acústica é convertida em energia elétrica, uma vasta gama de equipamentos deve ser aplicada para criar um sinal com características específicas mais convenientes para que os dados possam ser lidos. Neste momento, transdutores como microfones, alto-falantes e fones-de-ouvido (que são excelentes sistemas quando utilizados com deslocamento de massas de ar) se mostram ineficientes com a energia das camadas de água, uma vez que a impedância acústica específica da água (magnitude da resposta a um estímulo) é 4000 vezes maior do que a do ar.
    Os sonares eletroacústico são então sistemas muito sensíveis, e desta forma, também são muito suscetíveis a distúrbios e interferências na recepção do sinal. Este tipo de sonar, portanto, ainda é muito estudado e muitos materiais piezoelétricos são testado para que se consiga a melhor relação entre as dificuldades apresentadas por mares e oceanos e pela tecnologia empregada.









    Estadologia Graceli – 4. E princípio entrópico tempo / instabilidade.


    Estados de Graceli de matéria, energias, momentuns, inércias, e entropias.


    Estados térmico.
    Estado quântico.
    De dilatação.
    De entropia.
    De potencia de entropia e relação com dilatação.
    De magnetismo [correntes, momentum e condutividades]..
    De eletricidade [correntes, momentum e condutividades].
    De condutividade.
    De mometum e fluxos variados.
    De potencial inercial da matéria e energia.
    De transformação.
    De comportamento de cargas e interações com elétrons.
    De emaranhamentos e transemaranhamentos.
    De paridades e transparidades.
    De radiação.
    Radioatividade.
    De radioisótopos.
    De relação entre radioatividade, radiação, eletromagnetismo e termoentropia.
    De capacidade e potencialidade de resistir a pressão, a capacidade de resistir a pressão e transformar em entropia e momentum.

    De resistir à temperaturas.
    E transformar em dilatação, interações entre partículas, energias e campos.
    Estado dos padrões de variações e efeitos variacionais.
    Estado de incerteza dos fenômenos e entre as suas interações.


    E outros estados de matéria, energia, momentum, tipos de inércia [como de inércia potencial de energias magnética, elétrica, forte e fraca, dinâmica, geométrica [côncava, convexa e plana] em sistema.


    E que todos estes tipos de estados tendem a ter ações de uns sobre os outros, formando um aglomerado de fenômenos de efeitos na produção de novas causas. E de efeitos variacionais de uns sobre os outros, ou seja, um sistema integrado.



    Sobre padrões de entropia.

    Mesmo havendo uma desordem, esta desordem segue alguns parâmetros futuros e que dependem de condições dos estados de Graceli, ou seja, a desordem segue alguns padrões e ordens conforme avança e passa por fases e agentes fenomênicos, estruturais e geométricos.


    Porem, a reversibilidade se torna impossível, aumenta a instabilidade e as incertezas de posição, intensidade, variações, efeitos e outros fenômenos conforme as próprias intensidades de dilatações, e agentes e estados envolvidos.


    Levando em consideração que mesmo havendo ordem não é possível a reversibilidade do estado e condições em que se encontravam a energia, matéria, momentum, inércias, dimensões, e outros agentes.


    A temperatura pode voltar ao seu lugar e ao seu ponto inicial, mas não as estruturas das partículas, as intensidades infinitésimas de padrões de energias, e nem o grau de oscilações que a energias, as interações, as transformações que passam estas partículas e suas energias, estruturas e interações, e as interações e intensidades de grau de variação de cada agente.


    Porem, a desordem é temporal, ou seja, com o passar do tempo outras ordens e padrões se afirmarão.


    Sendo que também a entropia varia conforme intensidade de instabilidade por tempo. E tempo por intensidade de instabilidade.


    Assim, segue efeitos variacionais e de incertezas por instabilidade de energia adicionada, e de tempo.


    Ou seja, uma grande instabilidade e desordem em pouco tempo vai levar a uma grande e instável por mais tempo uma entropia.


    Do que um grande tempo com pequena intensidade de instabilidade e energia adicionada num sistema ou numa variação térmica.


    Ou mesmo numa variação eletromagnética, ou mesmo na condutividade.


    Princípio tempo instabilidade de Graceli.

    Assim, a desordem acaba por encontrar uma ordem se não acontecer nenhuma instabilidade novamente. Pois, as partículas e energias tendem a se reorganizar novamente conforme o passar do tempo,  e esta reorganização segue um efeito progressivo em relação à desordem e tempo. Como os vistos acima.


    Ou seja, aquela organização anterior não vai mais acontecer, pois, segue o princípio da irreversibilidade, mas outras organizações se formarão conforme avança o tempo de estabilidade.






    as dimensões categorias podem ser divididas em cinco formas diversificadas.

    tipos, níveis, potenciais, tempo de ação, especificidades de transições de energias, de fenômenos, de estados de energias, físicos [estruturais], de fenômenos, estados quântico, e outros.



    paradox of the system of ten dimensions and categories of Graceli.



    a four-dimensional system can not define all the energies, changes of structures, states and phenomena within a structure, that is why there are ten or more dimensions, I have developed and I work with ten, but nature certainly goes beyond ten, with this we move to a decadimensional and categorial universe.



    that is, categories ground the variables of phenomena and their interactions and transformations.



    and with this we do not have a relationship with mass, but with structure, therefore, a structure carries with it much more than mass, since also mass is related to forces, inertia, resistances and energies.



    but structures are related to transitions of physical states, quantum, energies, phenomena, and others.



    as well as transitions of energies, phenomena, categories and dimensions.

    paradoxo do sistema de dez dimensões e categorias de Graceli.

    um sistema de quatro dimensões não tem como definir todas as energias, mudanças de estruturas, estados e fenômenos dentro de uma estrutura, por isto se tem dez ou mais dimensões, desenvolvi e trabalho com dez, mas a natureza com certeza vai alem das dez, com isto caminhamos para um universo decadimensional e categorial.

    ou seja, as categorias fundamentam as variáveis dos fenõmenos e suas interações e transformações.

    e com isto não se tem uma relação com massa, mas com estrutura, pois, uma estrutura carrega consigo muito mais do que massa, uma vez também que massa está relacionado com forças, inércia, resistências e energias.

    mas estruturas está relacionado com transições de estados físicos, quântico, de energias, de fenômenos, e outros.

    como também transições de energias, fenômenos, categorias e dimensões.







     = entropia reversível

    postulado categorial e decadimensional Graceli.

    TUDO QUE ESTÁ RELACIONADO COM ENERGIA, ESTRUTURAS, FENÔMENOS E DIMENSÕES ESTÁ INSERIDO NO SISTEMA DECADIMENSIONAL E CATEGORIAL GRACELI.


    todo sistema decadimensional e categorial é um sistema transcendente e indeterminado.
    matriz categorial Graceli.

    T l    T l     E l       Fl         dfG l   
    N l    El                 tf l
    P l    Ml                 tfefel 
    Ta l   Rl
             Ll
             D


    1] Cosmic space.
    2] Cosmic and quantum time.
    3] Structures.
    4] Energy.
    5] Phenomena.
    6] Potential.
    7] Phase transitions of physical [amorphous and crystalline] states and states of energies and phenomena of Graceli.
    8] Types and levels of magnetism [in paramagnetic, diamagnetic, ferromagnetic] and electricity, radioactivity [fissions and fusions], and light [laser, maser, incandescence, fluorescence, phosphorescence, and others.
    9] thermal specificity, other energies, and structure phenomena, and phase transitions.
    10] action time specificity in physical and quantum processes.




    Sistema decadimensional Graceli.

    1]Espaço cósmico.
    2]Tempo cósmico  e quântico.
    3]Estruturas.
    4]Energias.
    5]Fenômenos.
    6]Potenciais., e potenciais de campos, de energias, de transições de estruturas e estados físicos, quãntico,  e estados de fenômenos e estados de transições, transformações e decaimentos.
    7]Transições de fases de estados físicos [amorfos e cristalinos] e estados de energias e fenômenos de Graceli.
    8]Tipos e níveis de magnetismo [em paramagnéticos, diamagnético, ferromagnéticos] e eletricidade, radioatividade [fissões e fusões], e luz [laser, maser, incandescências, fluorescências, fosforescências, e outros.
    9] especificidade térmica, de outras energias, e fenômenos das estruturas, e transições de fases.
    10] especificidade de tempo de ações em processos físicos e quântico.


    T l    T l     E l       Fl         dfG l   
    N l    El                 tf l
    P l    Ml                 tfefel 
    Ta l   Rl
             Ll
             D


    Matriz categorial de Graceli.


    T l    T l     E l       Fl         dfG l   
    N l    El                 tf l
    P l    Ml                 tfefel 
    Ta l   Rl
             Ll
             Dl


    Tipos, níveis, potenciais, tempo de ação, temperatura, eletricidade, magnetismo, radioatividade, luminescências, dinâmicas, estruturas, fenômenos, transições de fenômenos e estados físicos, e estados de energias, dimensões fenomênicas de Graceli.

    [estruturas: isótopos, partículas, amorfos e cristalinos, paramagnéticos, dia, ferromagnéticos, e estados [físicos, quântico, de energias, de fenômenos, de transições, de interações, transformações e decaimentos, emissões e absorções, eletrostático, condutividade e fluidez]].
    trans-intermecânica de supercondutividade no sistema categorial de Graceli.

    EPG = d [hc] [T / IEEpei [pit] = [pTEMRLD] and [fao] [itd] [iicee] tetdvd [pe] cee [caG].]

    p it = potentials of interactions and transformations.
    Temperature divided by isotopes and physical states and potential states of energies and isotopes = emissions, random wave fluxes, ion interactions, charges and energies structures, tunnels and entanglements, transformations and decays, vibrations and dilations, electrostatic potential, conductivities, entropies and enthalpies. categories and agents of Graceli.

    h e = quantum index and speed of light.

    [pTEMRlD] = THERMAL, ELECTRICAL, MAGNETIC, RADIOACTIVE, Luminescence, DYNAMIC POTENTIAL] ..


    EPG = GRACELI POTENTIAL STATUS.

    [pTFE] = POTENCIAL DE TRANSIÇÕES DE FASES DE ESTADOS FÍSICOS E DE ENERGIAS E FANÔMENOS [TRANSIÇÕES DE GRACELI]

    , [pTEMRLD] [hc] [pI] [PF] [pIT][pTFE] [CG].